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上册 1

绪论 1

第一篇 力学 6

第1章 质点运动学 6

1.1 参照系、质点和时间 7

1.1.1 参照系和坐标系 7

1.1.2 理想化模型——质点 8

1.1.3 时刻和时间间隔 8

1.1.4 运动的绝对性和运动描述的相对性 9

1.1.5 空间和时间 9

1.2 描述质点运动的物理量 10

1.2.1 位置矢量 10

1.2.2 位移矢量 12

1.2.3 瞬时速度矢量 14

1.2.4 瞬时加速度矢量 17

1.3 直线运动和运动学中的两类问题 19

1.3.1 直线运动 19

1.3.2 质点运动学中的两类问题 20

1.3.3 自由落体运动和竖直上抛运动 21

1.4 曲线运动 23

1.4.1 加速度的切向分量和法向分量 23

1.4.2 一般曲线运动 27

1.5 运动叠加原理和抛体运动 30

1.5.1 运动叠加原理 30

1.5.2 抛体运动 30

1.5.3 平抛运动 33

1.6 相对运动 35

本章内容简介（英文） 39

习题1 41

第2章 牛顿运动定律 45

2.1 牛顿运动定律 45

2.1.1 牛顿第一定律——惯性定律 45

2.1.2 牛顿第二定律 46

2.1.3 牛顿第三定律——作用和反作用定律 50

2.1.4 惯性参照系 51

2.1.5 非惯性参照系 51

2.2 力学中常见的几种力 51

2.2.1 万有引力 51

2.2.2 弹性力 53

2.2.3 摩擦力 54

2.3 物体的受力分析和示力图 57

2.4 牛顿运动定律的应用 58

2.4.1 牛顿第二定律的数学表达式 58

2.4.2 质点动力学问题的两种基本类型 59

2.5 单位制和量纲 65

2.5.1 单位制 65

2.5.2 量纲 66

2.6 牛顿力学的适用范围 67

本章内容简介（英文） 69

习题2 71

第3章 功和能 75

3.1 功和功率 75

3.1.1 功的概念和定义 75

3.1.2 功率 79

3.2 动能和动能定理 80

3.2.1 动能 80

3.2.2 动能定理 80

3.3 物体系的势能 82

3.3.1 保守力所做的功和物体系的势能 82

3.3.2 重力、万有引力、弹性力所做功的特点和势能定理 85

3.3.3 非保守力所做的功 86

3.4 功能原理和机械能守恒定律 87

3.4.1 机械能 87

3.4.2 功能原理 87

3.4.3 物体系统的机械能守恒定律 89

3.4.4 能量守恒定律 92

本章内容简介（英文） 93

习题3 95

第4章 冲量和动量 99

4.1 冲量、动量和动量定理 99

4.1.1 动量和牛顿第二运动定律的普遍表达式 99

4.1.2 冲量和动量定理 100

4.1.3 关于动量定理的几点说明 102

4.1.4 动量定理的应用 102

4.1.5 物体系统的动量定理 104

4.2 动量守恒定律 105

4.2.1 物体系统的动量守恒定律 105

4.2.2 沿某一方向上的动量守恒定律 106

4.2.3 在实际应用动量守恒定律时的注意事项 106

4.3 碰撞 110

4.3.1 正碰 110

4.3.2 斜碰 112

4.4 物体的角动量定理和角动量守恒定律 114

4.4.1 物体对某一定点的角动量 114

4.4.2 角动量定理 115

4.4.3 角动量守恒定律 116

4.4.4 质点组的角动量 118

4.5 对称性和守恒定律 119

本章内容简介（英文） 121

习题4 123

第5章 刚体的定轴转动 128

5.1 刚体绕定轴转动的运动学 128

5.1.1 刚体的平动 128

5.1.2 刚体绕定轴的转动 128

5.2 刚体绕定轴转动的转动定律和转动惯量 132

5.2.1 作用在质点上的力矩 132

5.2.2 刚体绕定轴转动的角动量和力矩 133

5.2.3 刚体的瞬时作用定律——转动定律 134

5.2.4 刚体绕定轴转动的转动惯量 136

5.2.5 转动惯量的定量计算 136

5.3 力矩的空间积累效应 139

5.3.1 转动动能 140

5.3.2 力矩的功和动能定理 140

5.3.3 刚体的重力势能 141

5.4 力矩的时间积累效应 143

5.4.1 刚体绕定轴转动的角动量 143

5.4.2 角动量定理 144

5.4.3 角动量守恒定律 145

本章内容简介（英文） 148

习题5 150

阅读材料 科学家系列简介（一） 155

力学检测题 158

第二篇 振动和波 162

第6章 振动学基础 162

6.1 简谐振动 162

6.1.1 弹簧振子 163

6.1.2 简谐振动的动力学方程及简谐振动的表达式 163

6.1.3 单摆 164

6.2 描述简谐振动的物理量 165

6.2.1 振幅、周期、频率和圆频率 165

6.2.2 相和初相 167

6.2.3 简谐振动的速度和加速度 168

6.2.4 简谐振动的图像 168

6.2.5 简谐振动的基本特征 169

6.3 简谐振动的几何表示法 172

6.4 简谐振动的能量 175

6.5 简谐振动的合成 177

6.5.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 177

6.5.2 两个相互垂直的同频率简谐振动的合成 179

6.5.3 两个相互垂直的不同频率的简谐振动的合成 181

本章内容简介（英文） 184

习题6 186

第7章 机械波 191

7.1 机械波的产生和传播 191

7.1.1 机械波产生的条件 191

7.1.2 机械波的分类 191

7.1.3 波长、频率和波速 193

7.1.4 波面、波前和波射线 195

7.1.5 球面波和平面波 196

7.2 平面简谐波的表达式 196

7.3 波的能量和能流密度 201

7.3.1 机械波的能量和能量密度 201

7.3.2 波的能流和能流密度 202

7.3.3 平面波的振幅和球面波的振幅 203

7.4 惠更斯原理和波的衍射 204

7.4.1 惠更斯原理 204

7.4.2 波的衍射 205

7.5 波的叠加原理和波的干涉 206

7.5.1 波的叠加原理 206

7.5.2 波的干涉 206

7.6 驻波 210

7.6.1 弦线上的驻波实验 210

7.6.2 驻波方程 210

7.6.3 半波损失 212

7.7 多普勒效应 213

本章内容简介（英文） 215

习题7 217

振动和波检测题 222

第三篇 气体动理学理论和热力学基础 227

第8章 气体动理学理论 227

8.1 气体分子动理学理论的基本观点 227

8.2 平衡态、状态参量和理想气体状态方程 229

8.2.1 平衡态 229

8.2.2 状态参量 230

8.2.3 理想气体状态方程 231

8.3 理想气体的压强 236

8.3.1 理想气体的微观模型 236

8.3.2 理想气体压强公式 236

8.4 温度的微观解释 239

8.4.1 温度公式及温度的微观解释 239

8.4.2 方均根速率 240

8.4.3 理想气体状态方程的另一种形式 240

8.5 能量按自由度均分定律和理想气体的内能 241

8.5.1 自由度 241

8.5.2 能量按自由度均分定理 243

8.5.3 理想气体的内能 244

8.6 气体分子的速率分布律 246

8.6.1 气体分子速率分布律的产生 246

8.6.2 气体分子速率分布的实验测定 246

8.6.3 麦克斯韦速率分布律 247

8.7 分子碰撞和平均自由程 251

8.7.1 分子间的碰撞 251

8.7.2 平均自由程 252

本章内容简介（英文） 254

习题8 256

第9章 热力学的物理基础 261

9.1 热力学过程、功和热量以及系统的内能 261

9.1.1 几个基本概念 261

9.1.2 热力学过程 262

9.1.3 准静态过程的功 263

9.1.4 热量 264

9.1.5 系统的内能 265

9.2 热力学第一定律 266

9.2.1 热力学第一定律的表述 266

9.2.2 热力学第一定律的另一种表述 267

9.3 理想气体的热容量 267

9.3.1 热容量 267

9.3.2 理想气体的定体热容量和定压热容量 268

9.3.3 定体和定压摩尔热容量与自由度的关系 268

9.3.4 比热容比 270

9.4 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 271

9.4.1 等体过程 271

9.4.2 等压过程 272

9.4.3 等温过程 273

9.5 绝热过程和多方过程 276

9.5.1 绝热过程 276

9.5.2 多方过程 279

9.6 循环过程和卡诺循环 280

9.6.1 循环过程 280

9.6.2 卡诺循环及其效率 282

9.6.3 热机的效率 283

9.7 热力学第二定律 288

9.8 可逆过程和不可逆过程 289

9.8.1 可逆过程 290

9.8.2 不可逆过程 290

9.9 热力学第二定律的统计意义和适用范围 291

9.9.1 热力学第二定律的统计意义 291

9.9.2 热力学第二定律的适用范围 293

本章内容简介（英文） 294

习题9 296

阅读材料 科学家系列简介（二） 301

气体动理学理论和热力学基础检测题 304

附录Ⅰ 矢量简介 308

附录Ⅱ 国际单位制的七个基本单位和两个辅助单位 312

附录Ⅲ 重要的物理常数和数据 314

附录Ⅳ 历年诺贝尔物理学奖 315

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